LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được hoàn thành tại Phòng vật liệu Polyme – Viện Hóa
học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Thị Thu Hà đã tận tình
hướng dẫn em trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này.
Trong thời gian thực hiện khóa luận này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản
thân, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, những ý kiến đóng góp, chỉ bảo
quý báu của các anh chị tại Phòng Vật liệu Polyme - Viện Hoá Học - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến
các anh chị đã dành cho em sự giúp đỡ quý báu đó.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý khoa học, Ban
Chủ nhiệm Khoa Hóa học- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, nơi em đã
được đào tạo và hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng em xin cảm ơn sự cổ vũ, động viên và giúp đỡ của gia đình và
bạn bè trong quá trình học tập.
Hà Nội, tháng 05 năm 2014
Sinh viên
Bùi Thị Thu
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng em.
Các số liệu, kết quả trong khóa luận “Nghiên cứu sử dụng nanoclay
hữu cơ làm vật liệu hấp phụ” là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kì công trình nào nào khác.
Sinh viên
Bùi Thị Thu
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân tử thuốc nhuộm axit yellow 17...............................................5
Hình 2.17. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freundlich.............41
Hình 3.18. Phương trình đường chuẩn Methylene Blue.................................44
Hình 3.19. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ.....................................45
Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ............................47
Hình 3.21. Sự biến đổi lượng chất bị hấp phụ theo thời gian ở các nồng độ
thuốc nhuộm ban đầu khác nhau.....................................................................49
Hình
3.22.
Đường
đẳng
nhiệt
Freundlich
ở
25 oC
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình
3.23.
Đường
đẳng
nhiệt
Langmuir
ở
25 oC
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình
3.27.
Đường
đẳng
nhiệt
Langmuir
ở
45 oC
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình
3.28.
Đường
đẳng
nhiệt
Freundlich
ở
55 oC
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình
3.29.
Đường
đẳng
nhiệt
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.36. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 2 5 mg/L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.37. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 25 mg/ L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.38. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 40 mg/L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.39. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 40 mg/L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.40. Động học bậc 1 ở nồng độ đầu 50 mg/L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.41. Động học bậc 2 ở nồng độ đầu 50 mg/L
.........................................................................................................................
Error: Reference source not found
Hình 3.42. Nồng độ 10 mg/L..........................................................................57
Hình 3.43. Nồng độ 20mg/L...........................................................................57
- Đánh giá ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ.............2
- Động học quá trình hấp phụ..........................................................2
- Đẳng nhiệt hấp phụ...........................................................................2
- Năng lượng hoạt hóa của quá trình hấp phụ...........................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.............................................................................3
1.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm và quy trình dệt nhuộm...........................3
1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm [1, 2].............................................................3
1.1.3. Quy trình dệt nhuộm............................................................10
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [5]..........15
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.......................................................................34
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ................................................34
2.2. Phương pháp tiến hành..........................................................34
- Chất bị hấp phụ là thuốc nhuộm Mythylene Blue (MB) có
công thức phân tử C16H18N3SCl.3H2O, M= 319,9 đvC, điểm
nóng chảy Tm= 105oC, λmax= 665nm.......................................35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................44
3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn màu.................................44
3.2. Ảnh hưởng của pH quá trình hấp phụ................................44
3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ ............46
3.4. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và thời
gian đến quá trình hấp phụ ...........................................................49
3.6. Kết quả động học hấp phụ và tính toán các thông số
nhiệt động học của quá trình hấp phụ ......................................53
.................................................................................................................55
.................................................................................................................56
liệu rẻ tiền vì chúng có thể dễ dàng tìm được trong tự nhiên. Khả năng hấp
phụ của khoáng sét còn được nâng cao hơn nữa nếu ta biến tính khoáng sét
bằng cách làm tăng khoảng cách giữa các lớp sét hay tăng độ xốp của hạt sét.
Ở Việt Nam khoáng sét Bentonite được tìm thấy ở nhiều nơi Cổ Định (Thanh
Hóa), Di Linh (Lâm Đồng), Bình Thuận, Mộc Châu,... với trữ lượng dồi dào.
Trong đó mỏ Bentonit Bình Thuận có trữ lượng lớn hàng trăm triệu tấn, mới
được tìm thấy năm 1987. Do vậy, chúng em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu
sử dụng nanoclay hữu cơ làm vật liệu hấp phụ thuốc nhuộm”.
Bùi Thị Thu 1
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
2. Mục đích của đề tài
Đề tài này được thực hiện với mục đánh giá khả năng xử lý màu của
khoáng sét biến tính (nanoclay hữu cơ).
3. Phương pháp nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
- Động học quá trình hấp phụ
- Đẳng nhiệt hấp phụ
- Năng lượng hoạt hóa của quá trình hấp phụ
Bùi Thị Thu 2
mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối
đôi liên hợp với hệ điện tử (π) linh động như >C=C<, >C=O, -N=N-, >C=N-,
… Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhân điện tử, như –SH,
-COOH, -OH, -NH2…
Bùi Thị Thu
3
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
* Phân loại theo đặc tính áp dụng
Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống
nhất trên toàn cầu là liệt kê trong bộ đại từ điển về thuốc nhuộm: Color Index,
trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu
sắc và phạm vi sử dụng. Theo cách phân loại này, một số loại thuốc nhuộm
chính được dùng trong công nghiệp dệt là:
- Thuốc nhuộm trực tiếp: thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước.
Nhưng ở nhiệt độ dưới 250C khó hòa tan hơn. Những thuốc nhuộm dễ hòa tan
trong nước có thể hòa tan tối đa đến 40 g/l (thông thường 20-25 g/l). Một số
màu chỉ dễ hòa tan trong môi trường kiềm yếu.
Về màu sắc, thuốc nhuộm trực tiếp có đủ các gam màu từ vàng đến đen,
màu của chúng tươi, được sử dụng để nhuộm, hoặc in hoa chủ yếu trên các
loại vật liệu từ xenlulozơ như: vải sợi bông, nhựa vixco, đay, gai,…Có một số
màu được sử dụng để nhuộm tơ tằm.
Na
O
S
N
N
N
O
N
Cl
HO
O
Cl
S
O Na
O
N
H3C
S
+
N
CH3
H3C
Hình 1.2. Thuốc nhuộm cation methylene blue
- Thuốc nhuộm phân tán: không chứa các nhóm tạo cho thuốc nhuộm
tính tan, độ hòa tan trong nước rất thấp. Trong phân tử chứa nhóm amin ở
dạng tự do, hay đã ankyl hóa nên thuốc nhuộm trung tính hay tính bazơ yếu.
Dùng cho xơ xenllulo acetate, polyamine và polyeste.
- Thuốc nhuộm lưu hóa: là những hợp chất màu không tan trong nước
và một số dung môi hữu cơ, dưới tác dụng của chất khử nó chuyển về dạng
axit, tan trong môi trường kiềm tạo dạng bazơ dễ bị phân hủy và oxy hóa về
màu. Thuốc nhuộm lưu huỳnh có màu kém tươi, độ bền không cao, dùng để
nhuộm các loại vải, xơ xenlulo… Không nhuộm được len và tơ tằm vì dung
dịch có tính kiềm mạnh.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Tạo ra hầu hết các ánh màu và đặc biệt
quan trọng trong khâu nhuộm vải có nguồn gốc xenlulo. Chúng là hợp chất
hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton và có dạng tổng quát:
R=C=O. Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không
tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ:
NaO3SOH2CH2CO2S
NH
NH
N
N
N
N
NaO3S
NHCONH2
SO 3Na
Cl
Hình 1.3. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RY145
Hình 1.4. Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính RB19
Bùi Thị Thu
7
K36B – CN Hóa
nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:
Bùi Thị Thu
8
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
O
O
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của a-traquinon
Họ thuốc này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
- Thuốc nhuộm Triaryl metan: Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà
trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ
mang màu. Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng
thuốc nhuộm.
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của Diaryl metan
Hình 1.7. Công thức cấu tạo của Triaryl metan
- Thuốc nhuộm phtaloxianin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là
hệ liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những
nguyên tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại, còn các
nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức kim loại màu sắc của thuốc nhuộm
Tẩy vải bằng các hợp chất chứa clo giá thành rẻ, nhưng sẽ làm tăng
hàm lượng hợp chất halogen hữu cơ trong nước thải. Các chất này có khả
năng gây ung thư (như Triclometan).
Bùi Thị Thu
10
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
Nguyên
liệu đầu
Làm sạch, kéo sợi, đánh ống
H2O, tinh bột, phụ
Hồ sợi
gia,
Nước thải chứa hồ
tinh bột, hóa chất
Dệt vải
Nước thải
Giặt
Nước thải
hóa chất
H2SO4,H2O2,
hóa chất
NaOH, hóa chất
Làm bóng
Nước thải
Dung dịch nhuộm
Nhuộm,in
Nước thải
Giặt
Nước thải
H2SO4,H2O2,chất
tẩy giặt
Hơi nước, hóa chất
Thuốc nhuộm được hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch. Một lượng
dịch nhuộm xác định được tác dụng cục bộ lên tấm vải.
- Giặt, sấy khô, hoàn thiện sản phẩm:
Vải sợi sau khi nhuộm xong được giặt sạch để tách phần thuốc nhuộm
và hóa chất dư ra khỏi bề mặt vải sợi. Phần hóa chất và thuốc nhuộm dư đi
vào nước thải phụ thuộc vào tính chất quy trình nhuộm, tính chất thuốc
nhuộm và độ đậm nhạt của màu cần nhuộm. Màu càng đậm thì lượng hóa
chất nhuộm dư đi vào nước thải càng nhiều. Đối với màu nhạt lượng này
khoảng 10-20%, còn đối với màu đậm khoảng 30-50%.
1.1.3.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm
Hầu hết các khâu trong quá trình dệt nhuộm đều phát sinh chất thải, tuy
nhiên các khâu phát thải chủ yếu được thể hiện trong bảng 1.1.
Bùi Thị Thu
12
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành
dệt nhuộm[4]
Công
đoạn
Hồ sợi,
giũ hồ
BOD cao (34 đến
50% tổng BOD)
Độ kiềm cao, màu
tối, BOD cao (30% tổng
BOD)
Độ kiềm cao, chiếm
5% BOD
Độ kiềm cao, BOD
thấp (dưới 1% tổng
BOD)
Độ màu rất cao,
chiếm 6% BOD, TS cao
Độ màu cao, BOD
cao và dầu mỡ
Kiềm nhẹ, BOD
thiện
muối
thấp, lượng nhỏ
Trong các nguồn phát sinh nước thải của nhà máy dệt nhuộm, nước thải
công đoạn nhuộm là một trong những nguồn có mức độ ô nhiễm cao, thành
phần phức tạp, khó xử lý. Để xử lý tốt nước thải nhà máy dệt, cần phải có sự
nghiên cứu đầy đủ về các nguồn thải, trong đó đặc biệt cần quan tâm nước
thải công đoạn nhuộm vải.
Bùi Thị Thu
13
K36B – CN Hóa
6
Lưu hóa
Xenlulo
7
Hoàn nguyên
Xenlulo
Tổn thất vào dòng thải, %
5 ÷ 20
0÷5
5 ÷ 30
0 ÷ 10
10 ÷ 50
10 ÷ 40
5 ÷ 20
Hình 1.8. Hàm lượng COD, BOD5 và SS trong nước thải một số cơ sở
làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ, dệt vải [6]
N1: Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Nguyễn Một, Đông Yên, Duy
Xuyên, Quảng Nam
Bùi Thị Thu
14
K36B – CN Hóa
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Khóa luận tốt
nghiệp
15
K36B – CN Hóa
Copyright: Tài liệu đại học ©